Program Operational Sectorial "Cresterea Competitivitatii Economice"
"Investitii in viitorul dumneavoastra"

■ REZULTATE ETAPA a 4-a, 21.04.2011 – 20.07.2011

5. Dezvoltarea şi optimizarea unor mini-echipamente de prelucrare uscata în XeF2

5.C. Testarea intalatiei de corodare in XeF2 pentru prelucrarea Si – Raport testare

5.D.  Optimizarea condiţiilor procesului de corodare uscată in XeF2 – Optimizarea condiţiilor de proces – Studiu Experimental

5.E.  Evaluarea si validarea intalatiei de corodare uscată in XeF2 – Optimizarea condiţiilor de proces – Raport tehnic 

CONCLUZII

****************************************************

5. Dezvoltarea şi optimizarea unor mini-echipamente de prelucrare uscata în XeF2

5.C. Testarea intalatiei de corodare in XeF2 pentru prelucrarea Si – Raport testare

Unul dintre obiectivele importante ale acestui proiect este şi dezvoltarea unor mini-echipamente de laborator: sistemele de prelucare uscata în XeF2, şi în vapori de HF, echipamente care vor fi folosite la fabricarea platformelor microfluidice. Cu ajutorul sistemului de prelucare uscată în XeF2 se vor coroda uscat canale subţiri în siliciu, iar cu ajutorul sistemului de microprelucare uscată în vapori de HF se vor coroda uscat canale subţiri în bioxid de siliciu sau sticlă. Aceste două miniechipamente sunt deosebit de utile, deoarece prin corodarea uscată a microcanalelor foarte înguste se evită apariţia capilarităţii, datorită căreia soluţiile umede nu pot intra în canalele foarte subţiri ce vor fi gravate în platformele microfluidice. Se va urmări crearea unor prototipuri adecvate necesităţilor experimentale, evaluate în cadrul instituţiei, sau a altor colective de cercetare.  Dintre cele două miniechipamente de cercetare, în această etapă, ne ocupăm de sistemul de microprelucrare uscată cu XeF2. Acesta se va folosi la corodarea adâncă şi anizotropă a siliciului în vederea realizării platformelor microfluidice pe suport semiconductor, dar şi pentru realizarea matriţelor pentru microfluidică pe polimeri.

****************************************************

5.C.1. Testarea structurii mecanice – Testarea si optimizarea părţii mecanice a miniechipamentului

Instalaţia este aşezată pe un cadru din profile de aluminiu care este compartimentat în două zone distincte, cea superioară servind ca zonă de lucru, şi cea inferioară ca zonă tehnică.

În vederea optimizării spaţiului de lucru, al costurilor de fabricaţie şi al costurilor de amenajare necesare amplasării echipamentelor în zona de cameră albă cu clasă de curăţenie 1000, s-a decis instalarea a două reactoare pe acelaşi cadru metalic. Astfel, s-a constatat că există suficient spaţiu pentru a instala atât modulul de corodare cu XeF2 cât si modulul de corodare cu vapori de HF. În această fază a proiectului s-a fabricat reactorul de corodare cu XeF2 conform planurilor prezentate în raportul anterior. Acest reactor a fost montat în jumătatea stângă a spaţiului de lucru, lăsând suficient spaţiu pentru montarea ulterioară a reactorului pentru modulul de corodare cu vapori de HF.

Reactorul este format din două părţi principale. În partea inferioară este fixat chuck-ul pe care stă placheta şi conţine găurile către pompa de vid, iar partea superioară joacă rolul de capac şi conţine sistemul de distribuţie al gazului. Partea inferioară este fabricată din INOX.

În cadrul ultimei etape de proiectare, o firmă autorizată a proiectat şi instalat ţevile de gaz pentru alimentarea reactorului cu XeF2 si N2. În cadrul procedurii de instalare a ţevilor de gaz, s-au făcut toate testele pentru asigurarea securităţii în exploatare a instalaţiei.

5.C.2. Testarea sistemului de distribuţie a gazelor – Testarea si optimizarea sistemului de distribuţie a gazelor

Prezentarea camerei de expansiune cu orificiile de distribuţie a gazului şi camera reactorului	Sistemul de vidare al instalaţiei
Sistemul de distribuţie a gazelor

5.C.3. Testarea sistemelor de comandă – Testarea si optimizarea sistemelor de comandă

Pe cadrul de aluminiu al instalaţiei este montat un afişaj de tip touchscreen cu diagonala de 8 inch cu rolul de comandă electronică a sistemului de corodare cu XeF2. Prin intermediul acestuia, operatorul are posibilitatea să comande direct electrovalvele, şi să citească valoarea presiunii din reactor. De asemenea, programul de control este dotat cu siguranţe de interblocare, asigurându-se astfel o siguranţă crescută în exploatare.

Programul de control permite automatizarea procesului de corodare prin posibilitatea oferită operatorului de a programa mai multe cicluri de corodare prestabilite, rămânând în sarcina operatorului de a seta numărul de cicluri şi timpul cât vaporii de XeF2 pot rămâne în interiorul reactorului.

Sistemul electronic de comanda al instalaţiei de corodare cu XeF2 şi locul unde este amplasat

5.C.4. Testare software de comandă – Optimizarea interfeţei de comandă

În cadrul acestei activităţi a fost selectată şi proiectată varianta optimă a interfeţei de comandă a miniechipamentului de corodare cu vapori de XeF2 şi de control a procesului de corodare uscată; un afişaj de tip touchscreen cu diagonala de 8 inch cu rolul de comandă electronică a sistemului de corodare cu XeF2.

Panoul de comanda al al instalaţiei de corodare cu XeF2

Panoul de comandă oferă utilizatorului posibilitatea de a selecta procesul dorit, corodarea cu XeF2 sau corodarea cu vapori de HF. Acesta are posibilitatea să comande manual electrovalvele şi să programeze într-un mod simplu şi intuitiv ciclurile de corodare. De asemenea, prin implementarea siguranţelor de interblocare, este împiedicat să facă greşeli ce pot dăuna atât echipamentului dar şi personalului din imediata apropiere a echipamentului. Astfel, utilizatorul nu poate comanda anumite elemente dacă nu sunt îndeplinite toate condiţiile de operare în siguranţă. În urma testelor efectuate pe echipament, interfaţa de comandă a fost optimizată pentru a permite o utilizare cât mai sigură şi eficientă. A fost îmbunătăţită interfaţa astfel încât utilizatorul să aibă un panou de comandă intuitiv şi simplu de folosit. Configuraţia butoanelor de pe ecranul tactil a fost îmbunătăţită, iar procesul automat de corodare a fost optimizat.

Sistemul electronic de comanda al instalatiei de corodare uscata in vapori de XeF2

5.D.  Optimizarea condiţiilor procesului de corodare uscată in XeF2 – Optimizarea condiţiilor de proces – Studiu Experimental

5.D.1. Optimizarea condiţiilor de sublimare a XeF2

In urma optimizării sistemului de distribuţie a gazelor s-a identificat necesitatea implementarii unui sistem special de distributie a sistemului de gaze, în special a vaporilor de XeF2. A fost încheiat un contract de asistenţă cu o firma specializată şi autorizată în proiectarea şi montarea sistemelor de distribuţie a gazelor, în acord cu normele de securitate şi protecţie naţionale şi ale comunităţii europene. Firma MicroGas din Anglia a proiectat sistemul de distributie a gazelor, astfel încât sublimarea XeF2 să se producă direct în reactor fără a mai fi nevoie de o cameră de expansiune în care să fie colectat gazul XeF2 produs prin sublimare.

5.E.  Evaluarea si validarea intalatiei de corodare uscată in XeF2 – Optimizarea condiţiilor de proces – Raport tehnic     

Cele mai multe procese de corodare uscată folosesc plasma pentru a genera specii reactive, dar, in microfabricaţia dispozitivelor MEMS sau sistemelor microfluidice, cel mai mult se folosesc procesele de corodare din fază de vapori fără plasmă.
Instalaţia de corodare uscată cu XeF2, „home made” pe care s-au făcut experimentele, foloseşte difluorura de xenon în stare gazoasă (nu plasmă) de la o sursă solidă care sublimează la temperatura camerei şi presiunea în reactor de 2.6 mtorr. Ea poate coroda izotrop siliciu, dar şi metale cum ar fi Ti, W, Mo, si Ta formând fluoruri volatile, care sunt extrase de pompa de vid. XeF2 nu corodează dioxid de siliciu, aluminiu, sau fotorezist, doar foarte lent corodează nitrura de siliciu. În concluzie pentru corodări foarte adânci în siliciu nu se poate folosi nitrura de siliciu ca strat de mascare. Corodanţi comerciali XeF2 nu sunt disponibili. Alte fluoruri ale gazelor nobile au fost de asemenea testate pentru corodarea siliciului, dar nu au fost eficiente [14].

Echipamentul de corodare cu XeF2 foloseşte cristale de XeF2 şi o cameră vidată pentru a produce vapori de fluor care corodează izotrop siliciul cu selectivitate mare faţă de fotorezist, oxizi şi multe dintre metale. Viteza de corodare pentru siliciu este de aproximativ 1-2 μm/min. Pot fi corodate plachete de până la 4 inch diametru dar şi bucăţi mai mici. Procesul poate fi urmărit direct prin capacul transparent al echipamentului.

Deşi XeF2 nu este considerat ca fiind foarte toxic, contactul cristalelor cu aerul sau umezeala produce vapori de HF care pot produce afecţiuni grave ale sistemului respirator. Operatorul este protejat datorită vidării incintei în care are loc procesul, dar şi datorită sistemului special de distribuţie a gazului, fabricat şi verificat de o firmă specializată. Cristalele de XeF2 nu trebuie expuse niciodata la mediul ambiant, iar in timpul vidării, butelia de XeF2 trebuie izolată pentru a preveni eliminarea cristalelor prin evacuarea pompei de vid.

Plachetele de siliciu ce urmează a fi corodate trebuie sa fie curate şi uscate. Pentru obţinerea unor rezultate cât mai bune, oxidul nativ de pe plachete trebuie îndepărtat în soluţie de acid fluorhidric înainte de începerea procesului de corodare uscată în XeF2.

CONCLUZII

În cadrul activităţii: „Dezvoltarea si optimizarea unor mini-echipamente de prelucrare uscata in XeF2” s-a făcut testarea instalaţiei de corodare uscată cu vapori de XeF2, s-au făcut experimente pe diverse tipuri de siliciu, determinându-se viteza de corodare a siliciului. Corodarea uscată cu XeF2 este o soluţie ideală pentru corodarea siliciului folosit ca strat de sacrificiu în tehnologia de microprelucrare  a dispozitivelor MEMS şi NMEMS. Ea furnizează numeroase şi unice avantaje şi posibilităţi în comparaţie cu metoda de corodare în plasmă sau metoda de corodare umedă în soluţii chimice. In continuare vom descrie câteva dintre aceste unice posibilităţi.

• XeF2 poate fi folosit pentru corodarea izotropă a Si, Mo, Ge, Ti, W, Nb selectiv faţă de o gamă largă de materiale, inclusiv fotorezisti. Nu mai există altă corodare izotropă selectivă la o gamă atât de mare de straturi de mascare: dioxid de siliciu, nitrură de siliciu, cea mai mare parte a metalelor, dielectricilor şi polimerilor. De exemplu selectivitatea corodării siliciului faţă de bioxidul de siliciu este de 1000 la 1.
• XeF2 poate fi folosit pentru gravarea ferestrelor extrem de înguste, mai mici de 30 nm. Datorită faptului că XeF2 corodează uscat, nu apar tensiuni superficiale sau bule ca în cazul corodării în soluţii lichide, evitând astfel efectele asociate cu fenomenele de capilaritate şi deci posibilitatea de a coroda ferestre foarte înguste. XeF2 poate fi folosit pentru corodarea ferestrelor circulare cu diametrul mai mic de 25 nm.
• XeF2 poate fi folosit pentru corodarea straturilor de sacrificiu de Si, Ge, Mo.
• Fiind o corodare uscată, prin corodarea cu XeF2 se evită multe dintre neajunsurile care apar la corodarea umedă.
• Fiind selectiv faţă de corodarea unei game largi de materiale, se poate alege unul dintre aceste materiale ca strat pentru stoparea corodării.